Midiendo el universo

as candelas estándar son objetos distantes con un brillo conocido que da a los astrónomos una medida muy precisa de las distancias cósmicas - cuanto más tenue nos parece la candela, más lejos debe estar. El estudio de estas candelas es crucial para nuestra comprensión de la edad y la densidad de energía del universo. De hecho, el uso de supernovas y Cefeidas como candelas estándar dio un vuelco a nuestra comprensión del cosmos a través del descubrimiento de la expansión acelerada del universo y la introducción de la energía oscura.

"Mapeo de reverberación"

Sin embargo, las medidas fiables para distancias mayores que un desplazamiento al rojo de alrededor de 1,7, están más allá de las capacidades actuales de las candelas estándar conocidas. Ahora, Darach Watson y sus colegas de la Universidad de Copenhague y la Universidad de Queensland han demostrado que una estrecha relación entre la luminosidad de un AGN y el radio de su "región de línea ancha" (broad-line region - BLR) puede utilizarse para medir distancias cósmicas. El radio se encontró usando "mapas de reverberación", una técnica establecida para el estudio de la estructura interna de los AGN, para medir su masa. Sin embargo, hasta este último trabajo, no se había considerado el método para la búsqueda de nuevas candelas estándar.

De acuerdo con la astrónomo de Copenhague Kelly Denney, el método funciona usando AGNs de tipo 1 - aquellos con emisiones de línea ancha en el espectro visible. Estos objetos tienen una densa zona de gas y polvo que rodea al agujero negro, conocida como región de línea ancha. La región toma este nombre debido a que la luz emitida por el gas tiene una anchura de línea mucho más amplia que la de la luz procedente de la mayoría de otras fuentes astronómicas.

El fondo de la cuestión

Mucho más cerca del agujero negro está el disco de acreción, donde se acumula la materia que cae hacia el agujero negro, provocando que se genere una gran cantidad de luz. A medida que esta luz se desplaza hacia el exterior ioniza el gas de la región de línea ancha, haciendo que emita luz con la distintiva amplitud de las líneas anchas, debido a que el gas se está moviendo a muchos miles de kilómetros por segundo gracias a la gravedad del agujero negro, y el desplazamiento Doppler asociado con este movimiento provoca la ampliación. Sin embargo, la cantidad de luz producida en el disco de acreción no es constante. Al comparar cuidadosamente el momento en que se emite la luz desde el disco de acreción y el momento en que la luz ionizada es re-emitida desde la región de línea ancha, los astrónomos pueden medir un intervalo de tiempo entre la luz que llega de las dos fuentes. Este retardo es proporcional al radio de la región de línea ancha dividido por la velocidad de la luz. El radio se correlaciona fuertemente con la luminosidad del AGN. La luminosidad, a su vez, se utiliza para calcular la distancia, ya que son inversamente proporcionales.

La técnica, sin embargo, es difícil y no fue hasta 2009 cuando Denney - que entonces trabajaba con el grupo de Bradley Peterson, de la Universidad Estatal de Ohio - mejoró enormemente la precisión de los datos de la relación radio-luminosidad de tal manera que permitiera el cálculo de una distancia precisa. Cuando Darach Watson se encontró con el resultado, se preguntó por qué no se estaba usando ya como indicador de distancia. "La respuesta simple fue 'Eh, bueno, ¡no lo sé!'" "¡Todos los integrantes de la comunidad de AGNs querían saber por qué nadie había pensado en esto antes!", dijo Denney.

Una candela en el viento

Para confirmar la capacidad de la técnica de dar la distancia a un AGN, Watson y sus colegas examinaron una muestra de 38 AGNs a distancias conocidas. Encontraron que el mapeo de reverberación dio una estimación razonable de la distancia al AGN. Kenney dijo en broma: "Esto hace que la noción de AGNs como candelas estándar sea casi un oxímoron, ¡ya que es su variabilidad lo que hace que el método funcione!".

En la actualidad, la técnica de AGNs no es tan fiable como las basadas ​​en Cefeidas o supernovas. Sin embargo, a diferencia de una supernova - que dura un tiempo relativamente corto - un AGN puede observarse durante largos períodos de tiempo, reduciendo las incertidumbres observacionales. Además, hay AGNs en todos los desplazamientos al rojo, por lo que los astrónomos pueden seleccionar cuáles estudiar.

En los próximos meses, los investigadores tienen previsto reducir la dispersión en los datos actuales y trabajar en experimentos de mapeo de reverberación de mayor desplazamiento al rojo. "Una desventaja de este método es que, debido a los efectos de dilatación del tiempo, el tiempo de monitorización necesario para medir los retrasos puede llegar a ser muy largo, especialmente para las fuentes de alto desplazamiento al rojo. Estamos investigando maneras de reducir este tiempo, tales como trabajar en el UV, donde los retrasos son más cortos", dice Denney.

Un borrador del artículo sobre el trabajo está disponible en arXiv.